Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik
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The objectives of the present work are to characterize the Gas Metal Arc Welding process of DP 600 sheet steel and to summarize the modelling techniques. The time-temperature evolution during the welding cycle was measured experimentally and modelled with the softwaretool SimWeld. To model the phase transformations during the welding cycle dilatometer tests were done to quantify the parameters for phase field modelling by MICRESS®. The important input parameters are interface mobility, nucleation density, etc. A contribution was made to include austenite to bainite transformation in MICRESS®. This is useful to predict the microstructure in the fast cooling segments. The phase transformation model is capable to predict the microstructure along the heating and cooling cycles of welding. Tensile tests have shown the evidence of failure at the heat affected zone, which has the ferrite-tempered martensite microstructure.
In den letzten Jahrzehnten hat das Elektronenstrahlschweißen, das bereits im größeren Maßstab verwendet wird, seine Fähigkeit als qualitatives Werkzeug für die Verbindung verschiedener Materialen nachgewiesen. Das Non Vacuum Electron Beam Welding (NV-EBW) hat zahlreiche Vorteile im Vergleich zum Elektronenstrahlschweißen im Vakuum, da man unter normalem Atmosphärendruck arbeiten kann. Im Hinblick auf die reproduzierbare Qualität, insbesondere im Bereich der Massen-Fertigung, ist die Kontrolle der Strahlparameter sowie deren Einfluss auf das Schweißergebnis von großer Bedeutung. Durch eine genaue Kenntnis der Strahlkenngrößen wie des Strahldurchmessers und der Leistungsdichteverteilung kann eine Aussage über die sich ausbildende Schweißnaht sowie die Schweißbaddynamik getroffen werden. Messungen der Strahlkenngrößen im Prozess erlauben insbesondere die Untersuchung von Humping-Effekten. In diesem Beitrag wird der Prozess der Elektronenstrahlvermessung unter atmosphärischen Bedingungen beschrieben. Es wird zudem die Abhängigkeit der Elektronenstrahlcharakteristika von den verschiedenen Prozessparametern dargestellt.
This paper aims to evaluate the formability of tailor welded blanks of dual phase (DP600)/transformation induced plasticity (TRIP700) steel sheets. In this work, bead on plate butt joints of 2·5 mm DP600 and 1·2 mm TRIP700 steel sheets were performed using CO2 laser beam welding. Microhardness measurements and transverse tensile testing were carried out to characterise the welds. The formability of base metals and welds were investigated by standard Erichsen test. In a perpendicular tensile test to the weld line, all specimens were fractured at the TRIP base metal, and the strengths were somewhat higher than those of base metal. There was a significant reduction in formability caused by welding of the DP600/TRIP700 steel sheets, and the formability increased with increasing welding speed.
Shielding gas influences on laser weldability of tailored blanks of advanced automotive steels
(2010)
The effects of shielding gas types and flow rates on CO2 laser weldability of DP600/TRIP700 steel sheets were studied in this work. The evaluated shielding gases were helium (He), argon (Ar) and different mixtures of He and Ar. Weld penetration, tensile strength and formability (Erichsen test) of laser welds were found to be strongly dependent upon the shielding gas types. The ability of shielding gas in removing plasma plume and thus increasing weld penetration is believed to be closely related to ionization potential and atomic weight which determine the period of plasma formation and disappearance. It was found that the higher helium shielding gas flow rate, the deeper weld penetration and the lower weld width.
Eine SPS im Kraftfahrzeug? Das geht ja gar nicht – da gibt es doch all die Hersteller für Kfz-Steuergeräte, die konfigurierbare Hardware anbieten. Im Prinzip ja, aber leider sind gerade die Sensoren oder Aktoren nicht ansteuerbar, die der Entwickler genau für sein aktuelles Projekt benötigt. Dieser Beitrag gibt einen kleinen Einblick in neue Möglichkeiten des Rapid Prototyping für mechatronische Systeme auf der Basis von Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS).
Numerical and experimental investigation of tensile behavior of laser beam welded TRIP700 steel
(2011)
Additive Manufacturing durch Aufschmelzen von Metallpulvern hat sich auf breiter Front als Herstellverfahren, auch für Endprodukte, etabliert. Besonders für die Variante des Selective Laser Melting (SLM) sind Anwendungen in der Zahntechnik bereits weit verbreitet und der Einsatz in sensitiven Branchen wie der Luftfahrt ist in greifbare Nähe gerückt. Deshalb werden auch vermehrt Anstrengungen unternommen, um bisher nicht verarbeitete Materialien zu qualifizieren. Dies sind vorzugsweise Nicht-Eisen- und Edelmetalle, die sowohl eine sehr hohe Reflektivität als auch eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen – beides Eigenschaften, die die Beherrschung des Laser-Schmelzprozesses erschweren und nur kleine Prozessfenster zulassen. Die Arbeitsgruppe SLM des Lehr- und Forschungsgebietes Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik hat sich unter der Randbedingung einer kleinen und mit geringer Laserleistung ausgestatteten SLM Maschine der Aufgabe gewidmet und am Beispiel von Silber die Parameterfelder für Einzelspuren und wenig komplexe Geometrien systematisch untersucht. Die Arbeiten wurden von FEM Simulationen begleitet und durch metallographische Untersuchungen verifiziert. Die Ergebnisse bilden die Grundlage zur schnellen Parameterfindung bei komplexen Geometrien und bei Veränderungen der Zusammensetzung, wie sie bei zukünftigen Legierungen zu erwarten sind. Die Ergebnisse werden exemplarisch auf unterschiedliche Geometrien angewandt und entsprechende Bauteile gezeigt.
Although Selective Laser Melting (SLM) process is an innovative manufacturing method, there are challenges such as inferior mechanical properties of fabricated objects. Regarding this, buckling deformation which is caused by thermal stress is one of the undesired mechanical properties which must be alleviated. As buckling deformation is more observable in hard to process materials, silver is selected to be studied theoretically and experimentally for this paper. Different scanning strategies are utilized and a Finite Element Method (FEM) is applied to calculate the temperature gradient in order to determine its effect on the buckling deformation of the objects from experiments.
In this research work, a statistical analysis of the CO2 laser beam welding of dual phase (DP600)/transformation induced plasticity (TRIP700) steel sheets was done using response surface methodology. The analysis considered the effect of laser power (2–2.2 kW), welding speed (40–50 mm/s) and focus position (−1 to 0 mm) on the heat input, the weld bead geometry, uniaxial tensile strength, formability limited dome height and welding operation cost. The experimental design was based on Box–Behnken design using linear and quadratic polynomial equations for predicting the mathematical models. The results indicate that the proposed models predict the responses adequately within the limits of welding parameters being used and the welding speed is the most significant parameter during the welding process.
Generally, the quality of a weld joint is directly influenced by the welding input parameter settings. Selection of proper process parameters is important to obtain the desired weld bead profile and quality. In this research work, numerical and graphical optimization techniques of the CO2 laser beam welding of dual phase (DP600)/transformation induced plasticity (TRIP700) steel sheets were carried out using response surface methodology (RSM) based on Box–Behnken design. The procedure was established to improve the weld quality, increase the productivity and minimize the total operation cost by considering the welding parameters range of laser power (2–2.2 kW), welding speed (40–50 mm/s) and focus position (−1 to 0 mm). It was found that, RSM can be considered as a powerful tool in experimental welding optimization, even when the experimenter does not have a model for the process. Strong, efficient and low cost weld joints could be achieved using the optimum welding conditions.
The laser beam-submerged arc hybrid welding method originates from the knowledge that, with increasing penetration depth, the laser beam process has a tendency to pore formation in the lower weld regions. The coupling with the energy-efficient submerged-arc process improves degassing and reduces the tendency to pore formation. The high deposition rate of the SA process in combination with the laser beam process offers, providing the appropriate choice of weld preparation, the possibility of welding plates with a thickness larger than 20° mm in a single pass, and also of welding thicker plates with the double-sided single pass technique.